摘要：目前，在先進(jìn)技術(shù)手段的推動(dòng)下，國內(nèi)鐵路10kV變配電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度逐漸提升，進(jìn)一步增強(qiáng)了鐵路的管理運(yùn)營效深本文將對鐵路供電系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并探究鐵路10kV變配電所自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：變配電所;分布控制;集中控制
0 引言
鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是國內(nèi)各地區(qū)開展交通運(yùn)輸活動(dòng)的主體，而供電工程是保障鐵路穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)?；诖?，對于鐵路10kV變配電所自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用的探究有著重要意義。
1 鐵路供電系統(tǒng)特點(diǎn)
1.1電壓等級(jí)不高
鐵路的電力系統(tǒng)的主要職責(zé)在于為鐵路站點(diǎn)的照明、空調(diào)維修、信號(hào)、通信、貨運(yùn)進(jìn)行負(fù)荷供電。通常會(huì)從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源并設(shè)置變配電所，并為各站點(diǎn)的低壓變電所供給電源?，F(xiàn)階段，鐵路的電力系統(tǒng)主要以10kV電壓為主，電壓等級(jí)相對較低，保護(hù)裝置配置也較為簡單，有益于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鐵路10kV變配電所的智能化、自動(dòng)化，有助于提升鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)營效率、建設(shè)效率以及管理效率。
1.2 接線方式較為簡單
鐵路電力系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)在于接線方式較為簡單，由于系統(tǒng)的斷路器主要采取分段運(yùn)行模式，從地方電網(wǎng)系統(tǒng)中引入10kV電源，并分別給配電所內(nèi)兩條母線進(jìn)行供電，將母聯(lián)開關(guān)設(shè)置在兩條母線間。通常情況下，鐵路供電系統(tǒng)兩條母線在運(yùn)行過程中互相獨(dú)立，若一條母線電源出現(xiàn)停電，通過母聯(lián)開關(guān)控制斷路器合閘，將變電所的全部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一母線電源上，這種運(yùn)行方式在電力系統(tǒng)中常見。這種較為簡單的接線方式也使得鐵路變配電所具有更為穩(wěn)定、可靠的線路布置，通常每隔50km設(shè)置配電所，使用10kV貫通線連接兩座相鄰的配電所，使用探索供電模式進(jìn)一步增強(qiáng)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。這種結(jié)構(gòu)單一、接線簡單的配電所并無明顯的功能差異，有助于進(jìn)一步推動(dòng)變配電所的智能化、自動(dòng)化發(fā)展。
2 鐵路10kV變配電所自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用
2.1 分控制方式
作為鐵路10kV變配電所應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要技術(shù)分布控制借助終端測控自動(dòng)化控制斷路器，收集數(shù)據(jù)信息，保護(hù)數(shù)據(jù)信息，并對各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制。通常情況下，技術(shù)人員主要采取直接安裝的方式，將測控終端安裝在高壓柜上，接入光纖或電纜，傳遞控制信息，采集信息，降低電磁干擾對信息傳遞的影響，進(jìn)一步推動(dòng)鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)化。在鐵路自動(dòng)化變配電系統(tǒng)中，各測控終端均屬于獨(dú)立的運(yùn)行模塊，一旦某個(gè)測控終端模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，很難影響系統(tǒng)中的其余模塊。此外，自動(dòng)化系統(tǒng)借助分布控制連接高壓柜與控制后臺(tái)，使用光纜實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)，避免控制電纜出現(xiàn)二次鋪設(shè)問題進(jìn)而降低鐵路變配電所的運(yùn)營維護(hù)成本，有助于鐵路技術(shù)人員開展運(yùn)行維護(hù)與故障排查工作，進(jìn)一步推動(dòng)鐵路變配電系統(tǒng)的自動(dòng)化。
測控終端自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于鐵路10kV變配電所系統(tǒng)中能夠產(chǎn)生顯著優(yōu)勢，有效分擔(dān)變配電主站、子站在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所面對的工作壓力，準(zhǔn)確監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類故障及時(shí)開展故障隔離作業(yè)。同時(shí)，測控終端具有較強(qiáng)的天氣適應(yīng)能力，能夠在惡劣的天氣環(huán)境下，保障鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定、安全，及時(shí)檢測電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各類問題，幫助技術(shù)人員及時(shí)排查系統(tǒng)的運(yùn)行故障，進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路變配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
2.2 集中控制方式
集中控制作為相對有效的鐵路10kV配電系統(tǒng)自動(dòng)化控制方式，主要借助通信系統(tǒng)、終端設(shè)備、主站設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)對末端數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，由通信系統(tǒng)將采集到的末端數(shù)據(jù)信息傳遞到集中控制模式的主站設(shè)備，借助網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，由主站設(shè)備對故障位置、故障類型進(jìn)行判斷，用通信系統(tǒng)將控制信號(hào)傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將系統(tǒng)的故障區(qū)域準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地#行隔離，并全程為系統(tǒng)的安全區(qū)域進(jìn)行供電。集中控制對于系統(tǒng)的主站控制功能存在一定要求，需要系統(tǒng)的主站可以準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)地分析判斷終端設(shè)備，傳遞各類數(shù)據(jù)信息，發(fā)出相應(yīng)控制指令，并對故障進(jìn)行準(zhǔn)確快速地解除處理"。為確保鐵路10kV變配電站系統(tǒng)的主站控制設(shè)備能夠穩(wěn)定、正常地運(yùn)營，需要將終端設(shè)備收集到的各類數(shù)據(jù)信息傳遞到電力系統(tǒng)的各應(yīng)用模塊，為后續(xù)的故障判斷工作提供有力的數(shù)據(jù)支持。
鐵路10kV變配電所在應(yīng)用集中控制方式時(shí)，主要將保護(hù)裝置與控制測控裝置安裝在鄰近高壓室的控制室內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中組屏。這種安裝方法不僅能夠有效采集模擬量、開關(guān)量，還可以實(shí)時(shí)保護(hù)、監(jiān)控鐵路10kV變配電所的數(shù)據(jù)信息以及設(shè)備的運(yùn)行情況。在使用集中控制模式時(shí)，尤其要注意主站設(shè)備控制屏以及開關(guān)柜的二次電纜連接作業(yè)，若二次電纜連接使用較多電纜很有可能引發(fā)接線錯(cuò)誤。相比于分布控制模式，集中控制模式在一定程度上增加了投資額與施工難度，但集中控制模式也有助于鐵路10kV自動(dòng)化變配電系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)集中化、綜合化的戰(zhàn)略目標(biāo)，有益于推動(dòng)自動(dòng)化變配電所的智能化發(fā)展。
2.3 通信傳輸系統(tǒng)
若鐵路10kV變配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要依靠通信傳輸系統(tǒng)將故障信息傳遞至主站設(shè)備中，并由主站設(shè)備將相應(yīng)的控制指令傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；诖耍到y(tǒng)的通信傳輸系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用，鐵路10kV自動(dòng)化變配電系統(tǒng)需要具備密碼管理以及智能模擬功能，確保為鐵路單位提供針對性更強(qiáng)的服務(wù)。主站控制中心在系統(tǒng)中主要承擔(dān)信息傳輸功能，推動(dòng)系統(tǒng)終端設(shè)備的交流互動(dòng)，對各運(yùn)行模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確判斷、分析。為充分發(fā)揮上述功能，系統(tǒng)需要提高通信傳輸系統(tǒng)的配置?，F(xiàn)階段，大部分鐵路10kV的通信傳輸系統(tǒng)難以滿足自動(dòng)化變配電所的通信需求，如果系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)各類問題，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效通信。因此，相關(guān)技術(shù)部門在設(shè)計(jì)通信傳輸系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)著重提升通信傳輸系統(tǒng)的靈活性，滿足鐵路10kV變配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求。
3 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)
3.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。
3.2應(yīng)用場所
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
3.4.2 報(bào)警處理
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報(bào)警通過手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。
次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。
2）對每一測量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。
3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。
4）報(bào)警方式。
報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。
3.4.3 調(diào)節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。
操作控制分為四級(jí)：
第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。
級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。
第三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。
第四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先。
原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。
納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。
3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
3.4.4 用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
4 系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
|
35kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) | Acrel- 1000 | 
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時(shí)間；實(shí)時(shí)采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動(dòng)等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行用能分析和能效管理 |
|
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 | 
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個(gè)設(shè)備的多個(gè)報(bào)警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
|
35kV/10kV/6kV 弧光保護(hù) | ARB5-M | 
| 主控單元，可接20路弧光信號(hào)或4個(gè)擴(kuò)展單元，配置弧光保護(hù)（8組）、失靈保護(hù)（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個(gè)跳閘出口； |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元，多可以插接6塊擴(kuò)展插件，每個(gè)擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號(hào)： |
ARB5-S | 
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； |
35kV/10kV/6kV 進(jìn)線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 | 
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點(diǎn)測溫 | ASD500 | 
| 5寸大液晶彩屏動(dòng)態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時(shí)、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 | 
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 | 
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 | 
| 8路溫度巡檢，預(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
|
變壓器接頭測溫低壓進(jìn)出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E | 
| 無線測溫采集可接入60個(gè)無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
|
ATE400 | 
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
|
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 | 
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
|
ATC600 | 
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報(bào)警出口。 |
|
5 結(jié)語
綜上所述，國內(nèi)鐵路的電力系統(tǒng)具有電壓等級(jí)較低主接線簡單，供電連續(xù)性、供電穩(wěn)定程度、供電安全程度的要求較高的特點(diǎn);因此，在鐵路10kV自動(dòng)化變配電所的應(yīng)用過程中采取分布控制或集中控制的模式有助于進(jìn)一步推動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化發(fā)展。
安科瑞侯文莉
